CC BY
6
УДК •14.87иим.а«:(15.4*2
В. и■ Рубцов, В. Н. Клочков, канд. техн. наук А. Л. Кононович, доктор техн. наук Д. С. Гольдштейн
МЕТОДИКА СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ И ВЫБОРА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ И СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Проведенные ранее исследования дезактивируемости полимерных материалов по отношению к плутонию показали, что при его удалении с полимерных материалов наблюдаются существенные трудности. Многие исследователи объясняют эти трудности диффузией плутония в глубь материалов. Проникая во внутренние слои полимера, плутоний формирует абсорбированную фазу радиоактивного загрязнения, которая не удаляется при дезактивации методами, не приводящими к разрушению поверхностного слоя материала. Однако со временем либо за счет диффузии из более глубоких слоев на поверхность, либо за счет эрозии материала плутоний может перейти из абсорбированного состояния в состояние, представляющее непосредственную угрозу для персонала.
В связи с этим при выборе полимерных материалов, предназначенных для использования в условиях загрязнения плутонием, необходимо оценивать возможность образования в процессе их эксплуатации абсорбированной фазы радиоактивного загрязнения, которая обычно не учитывается при изучении сорбционно-десорбционных свойств материалов (С. М. Городинский и соавт.).
Ниже приводятся принципы, положенные в основу новой методики сравнительной оценки и выбора полимерных материалов для защитных покрытий и средств индивидуальной защиты с учетом абсорбированной фазы радиоактивного загрязнения плутонием. Эта методика применима для оценки пленочных полимерных материалов, резин и лакокрасочных покрытий. Определение диффузионных характеристик полимерных материалов проводят посредством анализа экспериментально измеренных функций распределения плутония по глубине образцов материалов, загрязненных в лабораторных условиях плутонием.
Измерение функций распределения плутония по глубине образцов производят альфа-спектрометрическим методом (А. Л. Кононович и соавт.). Метод основан на наблюдении энергетического спектра ос-частиц вблизи поверхности материала. Чем глубже находится а-активное вещество, тем меньше средняя энергия а-частиц при выходе их на поверхность. Метод практически не требует специальной подготовки образцов полимерных материалов к измерению, позволяет производить многократные измерения с одним образцом, является достаточно экспрессным и дает полную информацию о процессах сорбции а-излучателя полимерным материалом.
Образцы полимерных материалов, предназначенные для исследования диффузных характеристик, в случае пленочных материалов или резин, готовят вырезанием (вырубанием) дисков диаметром 30 мм, а в случае лакокрасочных покрытий — нанесением этого покрытия со всех сторон на стальную подложку диаметром 30 мм. Толщина слоя покрытия должна быть не менее 100 мкм, т. е. превосходит наблюдаемые длины диффузии. Загрязнение образцов материалов проводят капельным методом раствором четырехвалентного плутония в 1 н. НЫ03. Выбранный состав раствора и метод загрязнения образцов достаточно близки к часто встречающимся на практике условиям загрязнения полимерных материалов и позволяют вести дифференциальную сравнительную оценку полимерных материалов с учетом диффузии плутония во внутренние слои материала. При выборе метода загрязнения исходили из того, что капельный метод по сравнению с методом загрязнения погружением требует меньшего расхода радиоактивных растворов (в 15—
20 раз), чаще встречается на практике и позволяет существенно (почти в 10 раз) сократить общее время исследований. Выбор состава загрязняющего раствора основывался на экспериментах, в ходе которых было показано следующее: солянокислый плутоний меньше проникает в глубь полимерных материалов; проницаемость полимерных материалов увеличивается при повышении концентрации НЫ03 до 1 М; проницаемость при переходе от трех- к шести- и далее к четырехвалентному плутонию возрастает.
Исходный раствор четырехвалентного плутония готовят путем двукратного выпаривания на водяной бане раствора плутония в 7 М НЫ03 с добавкой 2—3 капель 30% перекиси водорода и стехиометрических по отношению к плутонию количеств нитрата натрия и последующего растворения кристаллов гексанитроплутониата (IV) натрия в 2 н. НЫ03. Рабочий 1 и. по НЫ03 загрязняющий раствор плутония с концентрацией 1 мкКи/мл готовят не менее чем за сутки до начала эксперимента.
Анализ валентного состояния плутония в исходном растворе осуществляли методом спектрофотометрии, а в рабочем растворе — методом распределительной хроматографии на бумаге (КпосЬ и соавт.). Концентрацию плутония в растворе контролируют методом гамма-спектрометрии с обязательной поправкой на содержание америция (А. Л. Кононович и И. Е. Константинов) или измерением а-активности тонких источников, полученных выпариванием аликвот раствора на полированных дисках из коррозионно-стойкой стали.
Перед началом эксперимента необходимо провести обезжиривание образцов, так как бытовые загрязнения их поверхности могут существенно исказить картину сорбции. Обезжиривание образцов следует проводить путем протирания марлевым тампоном, смоченным 2% раствором соды (ЫааС03), и последующим тщательным споласкиванием дистиллированной водой.
На каждый образец наносят 3 капли (~0,1 мл) загрязняющего раствора и оставляют их сохнуть в нормальных условиях в течение 18 ч. После этого образцы дезактивируют окислительно-восстановительным методом, который показал лучшую эффективность дезактивации полимерных материалов, загрязненных четырехвалентным азотнокислым плутонием (Д. С. Гольд-штейн и Л. М. Носова): 1-я обработка — 5% Ыа,С03+0,1 % КМп04+0,4 % (ЫаР03)„; 2-я обработка — 0,3 н. НЫ03+0,2% Н2Сг04+0,2% ЫаР+0,5% раствор порошка «Новость». Затем после тщательного споласкивания дистиллированной водой измеряют функцию распределения плутония по глубине образца. Циклы загрязнение — отмывка проводят 5 раз. При этом загрязнение наносят на одни и те же точки.
Процесс диффузии плутония в глубь полимерных материалов при капельном методе загрязнения характеризуют значением условного коэффициента диффузии, вычисленного при измерении времени в условных единицах — номерах циклов.
Другим количественным параметром процесса сорбции является значение функции распределения на поверхности материала, которое в данном случае используется в качестве аналога коэффициента распределения (см. таблицу).
Расчет параметров процесса сорбции (условных коэффициентов диффузии и значение функции распределения на поверхности) проводят посредством анализа энергетических спектров а-частиц, испускаемых образцом исследуемого материала. Обработку экспериментальных данных проводят на ЭВМ по специально разработанной программе.
В результате определяют указанные выше параметры массопереноса плутония в глубь полимерных материалов, а также дисперсии этих величин. Знание этих параметров позволяет рассчитать величину условного коэффициента проницаемости, равного произведению условного коэффициента диффузии и значения функции распределения в начале координат (на поверхности материала). Значения коэффициента проницаемости в обобщенной
Проницаемость полимерных материалов, загрязненных четырехвалентным азотнокислым
плутонием
Материал
P-J0-* мкКи/сн
» ЭП-574 Резина «Каландр» Эмаль УРФ-11-28 Герметик ВГО-1 Резина СКФ-26 Эмаль ХВ-124
» ЭП-56 Пленка ПВХ рец. 80/277 Эмаль ХСЭ-23 Лак Эп-55 Эмаль КО-81
Шпатлевка ЭП-00-10 Эмаль МЧ-240
» ХС-759 Пленка полиэтилен
» XB-16
5900 4450 2780 1280 990 625 440 190 150 130 115 47,5
46.5 29,0
10.6
Проникновение не обнаружено
» полипропилен » фторопласт ФТ-4 » полиэтилентерефталат
» » »
» » »
» > >
форме характеризуют проникновение плутония в глубь материалов. Поэтому чем выше значение условного коэффициента проницаемости, тем менее пригоден материал для использования в условиях возможного загрязнения плутонием.
Определение с помощью предлагаемой методики значения условного коэффициента проницаемости позволяет производить количественное сравнение полимерных материалов и дает возможность более обоснованно подходить к выбору полимерных материалов для средств индивидуальной защиты и защитных покрытий с учетом абсорбированной фазы радиоактивного загрязнения.
Значения условного коэффициента проницаемости (Р), определенные по описанной выше методике для ряда широко применяемых при работе с радиоактивными веществами полимерных материалов, представлены в таблице.
Эти данные свидетельствуют о том, что с учетом абсорбированной фазы радиоактивного загрязнения хорошими материалами являются пленочные непластифицированные материалы (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, фторопласт); из лакокрасочных материалов лучшими свойствами обладают покрытия на основе эпоксидного лака марки ЭП-55, кремнийорганической эмали марки КО-81, перхлорвиниловой эмали марки ХВ-16 и эмали на основе сополимера винилхлорида с винилацетатом марки ХС-759; из исследованных резин лучшей оказалась резина на основе фторкаучука СКФ-26.
ЛИТЕРАТУРА. Гольдштейн Д. С., Носова Л. М. — В кн.: Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека. Вып. 2. М., 1969, с. 99. — Городинский С. М., Гольдштейн Д. С. Дезактивируемость полимерных материалов. М., 1975. — Кононович А. Л., Боголапов Н. В., Клочков В. Н. и др. — «Атомная энергия», 1972, т. 33, вып. 5, с. 919. — Кононович А. Л., Константинов И. Е. — В кн.: Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека. Вып. 10. М., 1972, с. 103. — К п о с h W., Muju В., Lahr H. The separation of some fission products and actinides on paper treated with liquid anion exchanger.—«J. Chromatogr.», 1965, v. 20, p. 122.
Поступила 26/V 1977 r.
